动力电池的研究进展

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1、动力电池的研究进展作者：胡信国来源：《化学与物理电源系统》编辑：樊晓琳　　摘要：本文综述了动力电池的研发历程，对各类车载电池的性能、价格等进行了比较，介绍了动力电池在EV、HEV和EB的应用市场。着重讨论了VRLA电池作为HEV和电动自行车（EB）的车载动力存在的问题和解决方案，以及Li-ion动力电池的安全问题和新型安全正极活性材料。　　关键词：动力电池，VRLA，Li-ion，Ni-MH，DMFC，PEMFC　　Abstract：Theresearchhistoryofmotivepowerbatterieswasreviewed.Thepropertiesandprice

2、ofvariousbatteriesforvehiclewerecompared.TheapplicationsofmotivepowerbatteriesinEV,HEVandEBwereintroduced.TheemphasisliesintheproblemsandsolutionsofVRLAbatteriesforHEVandEB,thesafetyandadvancedpositiveactivematerialoflithium-ionpowerbattery.　　Keywords：Motivebattery;VRLA;Ni-MH;Li-ion;DMFC;PEM

3、FC　　1、前言图1 世界石油消耗趋势　　全球石油危机日益严重，石油储量仅剩人类使用约40年。但是石油消耗量的快速增长趋势仍没有得到缓解，世界石油消耗量统计与预测如图1所示。从美国石油消耗的结构（图2）来看，美国汽车消耗的石油占总消耗的60%，2004年全球汽车消耗8亿多吨汽油，占石油总消耗的50%。汽车燃油排放大量的CO、NOx等有害气体，严重地污染了人类的生活环境，目前全球汽车饱有量约8亿辆，2005年中国汽车产量600万辆，到2010年汽车饱有量也将达到7000万辆，高速发展的中国汽车业对世界环境和能源的影响越来越大。据统计，全球大气污染42%来源于交通车辆的污染，大城市

4、的交通车辆更使大气污染的比例高达60%。为此，世界各国对发展电动车和混合电动车高度重视，2002年美国推出“Freedomcar&Technologies”计划；2000年以来，中国政府实施“清洁汽车行动”，电动自行车业有了巨大发展，电动车列入了863计划，加快了EV和HEV的研发进程，作为车载动力的动力电池的研发，成为EV和HEV发展的主要瓶颈。图2 美国石油消耗结构2、动力电池的研发历史与性能比较　　2.1动力电池的使用特点：　　1)高能量（EV）和高功率（HEV）　　2)高能量密度：美国汽车电池联合会（USABC）制定的电动汽车电池中长期目标，质量比能量要达到80～100

5、Wh/kg（中期）和200Wh/kg（长期）　　3)高倍率部分荷电状态下（HRPSoC）的循环使用（HEV）　　4)工作温度范围宽（-30～65℃） 　　5)使用寿命长，要求5～10年　　6)安全可靠　　2.2动力电池的研发历史　　根据动力电池的使用特点、要求、应用领域不同，国内外动力电池的研发历史大致如下：　　2.2.1第一代动力电池　　第一代动力电池主要是阀控式铅酸电池（VRLAB），其优点是大电流放电性能良好、价格低廉、资源丰富、电池回收率高。在电动自行车、电动摩托车上广泛应用，缺点是质量比能量低，主要原材料铅有污染。新开发的双极耳卷绕式VRLAB已经通过HEV试用，其能

6、量密度比平板涂膏式铅酸电池有明显提高。　　2.2.2第二代动力电池　　第二代动力电池主要是碱性电池，如Ni-Cd电池、Ni-MH电池。Ni-Cd电池由于镉的污染，欧盟各国已禁止用于动力电池，Ni-MH电池的价格明显高于铅酸电池，目前是HEV的主要动力电池。日本松下能源公司已为HEV提供了1000万只以上的Ni-MH电池，由于价格等问题，Ni-MH电池在电动自行车的应用中缺乏市场竞争力。　　2.2.3第三代动力电池　　第三代动力电池主要是Li-ion电池（LIB）和聚合物Li-ion电池（PLIB），其能量密度高于VRLA电池和Ni-MH电池，质量比能量达到200Wh/kg（PL

7、IB），单体电池电压高（3.6V），其安全问题解决以后是最具竞争力的动力电池。　　2.2.4第四代动力电池　　第四代动力电池主要是质子交换膜燃料电池（PEMFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）。其特点是无污染，放电产物为H2O，是真正的电化学发电装置。以H2和O2或甲醇作为燃料，直接转化为电能作为车载动力，而前面所说的铅酸电池、Ni-MH电池和锂离子电池均属于电能的转换和储能装置，电池本身并不发出电能，必须对电池进行充电，将电能转换成化学能，在使用时再将化学能转变为电能作为车载动力。所以这类